無錫云蝠大廈外掛內爬式塔機外掛支撐系統設計

摘要：由于超高層建筑施工工藝局限，核心筒一般會高出外圍鋼柱幾十米。為了解決高層建筑塔機吊裝巨型鋼構柱問題，設計了一套外掛支撐系統用于支撐塔機，針對此支撐系統整體受力分析，闡明具體構成，已應用于無錫云蝠大廈，對塔機更廣的應用于高層建筑具有一定參考意義。

關鍵詞：外掛支撐系統；塔機；超高層建筑

概述

目前國內超高層建筑普遍采用鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結構，由于施工時核心筒結構普遍高出外圍鋼柱幾十米，再者考慮到核心筒內允許布置塔機的位置較小，故采用核心筒外掛支撐系統，將塔機座于支撐系統上。本項目采用中昇建機一臺ZSL650塔機和一臺ZSL380塔機施工，均為內爬式動臂塔機，由位于塔身最下端的頂升節，配合爬帶，使塔機整體能夠隨著建筑物高度的升高而自行升高，此形式塔機統稱為內爬式塔機。在無錫云蝠項目中，核心筒結構一般高出外圍鋼柱約30m，隨著施工進行，核心筒升高，當核心筒爬模頂升接近塔機平衡臂時，就需要進行塔機頂升。

1.外掛支撐構成

外掛支撐系統由三套外掛架構成，塔機正常工作時使用兩道外掛架協同作業。當塔機進行頂升時，安裝第三道外掛架，懸掛爬帶，進行頂升，以此三道外掛架循環使用。外掛架由支撐梁、水平撐桿、下壓桿和塔機廠家配套提供的C型框等構成，C型框與支撐梁之間通過馬墩連接，馬墩上布滿移位孔，用于核心筒墻壁收縮后外掛支撐系統的整體移位。C型框與馬墩之間通過10.9級M42螺栓連接，馬墩與支撐梁焊為一體，水平桿、下壓桿與支撐梁志堅通過高強度銷軸連接。墻體預留埋件，埋件上焊接接頭耳板，支撐梁與墻體埋件耳板間通過高強度銷軸連接。外掛架所有部件構成框架結構，塔機整體座于最下面一道外掛架的C型框上，塔身與C型框之間通過撐爪和頂塊固定；第二道外掛架用于固定塔身。下外掛架用于承受垂直力與水平力，第二道外掛架只承受水平力。

2.外掛支撐計算說明

計算采用國際大型通用有限元軟件 ANSYS14.0 的Structural結構分析模塊、SAP2000來完成。計算方法采用二階彈性大變形算法，考慮了鋼構件幾何非線性的影響，因而考慮了鋼結構構件的彈性穩定性。由于支座反力的分配與塔機動臂轉動的角度有關，并且有扭矩影響，因此，根據塔吊布置平面圖，選取8種工況計算塔吊支架的反力。

2.1 計算內容

計算包含外掛支撐系統、剪力墻預埋件、接頭與埋件焊縫、支撐銷軸計算及設計。

2.2計算參數

根據廠家提供外掛內爬式塔機結構反力表，可知塔機受如下幾個作用力：作用于下外掛架的水平力H2、垂直平力V，作用于第二道外掛架的水平力H1、扭矩Mk，工作狀態與非工作狀態受力值見下表：

2.3邊界條件

外掛支撐系統與核心筒墻體之間通過銷軸連接，相當于約束了三向位移、和一個方向旋轉，另外兩個方向旋轉自由度釋放。對于外掛架施加整體重力加速度，模擬掛架自重對其影響。

2.4 載荷組合

選取塔機工作產生的最大載荷1.2*G+1.5*L。其中，1.2*G（自重），考慮節點構造及加勁措施的影響；塔機荷載的動力系數取 1.5，塔機結構反力表數值中未含系數，需額外施加。在載荷施加時，模擬實際情況，隨著塔機360°轉動，水平力作用于單邊兩點或兩側邊三點，垂直力通過頂升節四個撐爪將力傳遞給C型框，平均分配至C型框四個點。

2.5計算結果

首先根據經驗確定材料截面參數，建立有限元模型，定義單元類型、材料參數，賦予截面參數，離散單元格，施加載荷組合。后處理中查看應力應變結果，對比國家規范中材料許用應力，優化材料截面，再次復核計算。查看計算結果：主梁最大應力209Mpa，水平撐桿最大應力147Mpa，下壓桿最大應力115Mpa。主梁材料為Q345B，許用應力[б]=260Mpa，水平撐桿和下壓桿材料為20#鋼，許用應力[б]=170Mpa，可見外掛架結構應力均有一定富余量。

結合后處理文件中的結構反力，進行埋件、銷軸、接頭耳板的應力分析，應力均有一定富余量，滿足國家規范要求。

3.實際應用

此套外掛支撐系統已于無錫云蝠大廈使用完畢，項目在塔機各種工況的使用中對應力和變形量的監測結果與計算結果相符合。

4.結語

此套外掛支撐系統的成功應用，對超高層建筑中塔機更廣的應用具有一定參考意義。

參考文獻：

[1]龔曙光等編著.ANSYS工程應用實例解析[M].機械工業出版社，2003.

作者簡介：施宇（1987-），漢， 江蘇丹徒，本科，工程機械。